JP2024047998A - Switching control circuits, power supply circuits - Google Patents
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Abstract
【課題】負荷の状態が変化した場合に電源回路を安定に動作させるスイッチング制御回路を提供する。【解決手段】1次コイルL1及び2次コイルL2を含むトランス33と、1次コイルの電流を制御するトランジスタ31、32と、を備えるDC-DCコンバータ10を制御する制御IC50であって、出力電圧が第1レベルより低い場合通常モードに、高くなると第1バーストモードに夫々対応する駆動信号出力回路と、トランジスタ31、32をスイッチングする駆動回路と、を備える。通常モードは、出力電圧に応じた帰還電圧に基づく第1周期で各トランジスタが連続的にスイッチングし、第1バーストモードは、第1周期で各トランジスタが連続的にスイッチングされる第1期間と、各トランジスタのスイッチングが停止される第2期間とが、所定周期で繰り返される。駆動信号出力回路は、出力電圧が第1レベルより高くなるにつれて、所定周期のうち第1期間を短くする。【選択図】図1[Problem] To provide a switching control circuit that stably operates a power supply circuit when the load state changes. [Solution] A control IC (50) controls a DC-DC converter (10) that includes a transformer (33) including a primary coil (L1) and a secondary coil (L2), and transistors (31, 32) that control the current of the primary coil. The control IC (50) includes a drive signal output circuit that operates in a normal mode when the output voltage is lower than a first level and in a first burst mode when the output voltage is higher than a first level, and a drive circuit that switches the transistors (31, 32). In the normal mode, each transistor is switched continuously in a first cycle based on a feedback voltage according to the output voltage, and in the first burst mode, a first period in which each transistor is switched continuously in the first cycle and a second period in which switching of each transistor is stopped are repeated in a predetermined cycle. The drive signal output circuit shortens the first period of the predetermined cycle as the output voltage becomes higher than the first level. [Selected Figure] Figure 1
Description
本発明は、スイッチング制御回路、及び電源回路に関する。 The present invention relates to a switching control circuit and a power supply circuit.
入力電圧から、目的レベルの出力電圧を生成する電源回路が開示されている(例えば、特許文献1~8)。 Power supply circuits that generate a target level of output voltage from an input voltage have been disclosed (for example, Patent Documents 1 to 8).
ところで、電源回路の負荷の状態が軽負荷の状態となると、電源回路の制御回路は、トランジスタを通常モードから、バーストモードでスイッチングすることがある。この際、通常モードでトランジスタをスイッチングする方式と、バーストモードでトランジスタをスイッチングする方式とが異なると、電源回路の動作が不安定になることがある。 When the load state of the power supply circuit becomes light, the control circuit of the power supply circuit may switch the transistors from normal mode to burst mode. In this case, if the method of switching the transistors in normal mode differs from the method of switching the transistors in burst mode, the operation of the power supply circuit may become unstable.
本発明は、上記のような従来の問題に鑑みてなされたものであって、負荷の状態が変化した場合に電源回路を安定に動作させることができるスイッチング制御回路を提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of the above-mentioned problems in the conventional technology, and aims to provide a switching control circuit that can stably operate a power supply circuit when the load state changes.
前述した課題を解決する主たる本発明の第1の態様は、1次コイル及び2次コイルを含むトランスと、前記1次コイルの電流を制御する第1及び第2トランジスタと、を備え目的レベルの出力電圧を2次側に生成する電源回路の前記第1及び第2トランジスタのスイッチングを制御するスイッチング制御回路であって、前記出力電圧が第1レベルより低い場合、通常モードに対応する駆動信号を出力し、前記出力電圧が前記第1レベルより高くなると、第1バーストモードに対応する前記駆動信号を出力する駆動信号出力回路と、前記駆動信号に基づいて、前記1及び第2トランジスタをスイッチングする駆動回路と、を備え、前記通常モードは、前記出力電圧に応じた帰還電圧に基づく第1周期で前記第1及び第2トランジスタが連続的にスイッチングされるモードであり、前記第1バーストモードは、前記第1周期で前記第1及び第2トランジスタが連続的にスイッチングされる第1期間と、前記第1及び第2トランジスタのスイッチングが停止される第2期間とが、所定周期で繰り返されるモードであり、前記駆動信号出力回路は、前記出力電圧が前記第1レベルより高くなるにつれて、前記所定周期のうち前記第1期間を短くする。 The first aspect of the present invention, which is the main aspect of solving the above-mentioned problems, is a switching control circuit that controls the switching of the first and second transistors of a power supply circuit that generates an output voltage of a target level on the secondary side, the power supply circuit including a transformer including a primary coil and a secondary coil, and first and second transistors that control the current of the primary coil, and includes a drive signal output circuit that outputs a drive signal corresponding to a normal mode when the output voltage is lower than a first level, and outputs the drive signal corresponding to a first burst mode when the output voltage becomes higher than the first level, and a drive circuit that switches the first and second transistors based on the drive signal, the normal mode is a mode in which the first and second transistors are continuously switched in a first cycle based on a feedback voltage according to the output voltage, the first burst mode is a mode in which a first period in which the first and second transistors are continuously switched in the first cycle and a second period in which the switching of the first and second transistors is stopped are repeated in a predetermined cycle, and the drive signal output circuit shortens the first period of the predetermined cycle as the output voltage becomes higher than the first level.
前述した課題を解決する主たる本発明の第2の態様は、1次コイル及び2次コイルを含むトランスと、前記1次コイルの電流を制御する第1及び第2トランジスタと、前記第1及び第2トランジスタのスイッチングを制御するスイッチング制御回路と、を備え目的レベルの出力電圧を2次側に生成する電源回路であって、前記スイッチング制御回路は、前記出力電圧が第1レベルより低い場合、通常モードに対応する駆動信号を出力し、前記出力電圧が前記第1レベルより高くなると、第1バーストモードに対応する前記駆動信号を出力する駆動信号出力回路と、前記駆動信号に基づいて、前記1及び第2トランジスタをスイッチングする駆動回路と、を含み、前記通常モードは、前記出力電圧に応じた帰還電圧に基づく第1周期で前記第1及び第2トランジスタが連続的にスイッチングされるモードであり、前記第1バーストモードは、前記第1周期で前記第1及び第2トランジスタが連続的にスイッチングされる第1期間と、前記第1及び第2トランジスタのスイッチングが停止される第2期間とが、所定周期で繰り返されるモードであり、前記駆動信号出力回路は、前記出力電圧が前記第1レベルより高くなるにつれて、前記所定周期のうち前記第1期間を短くする。 The second aspect of the present invention, which is the main aspect of solving the above-mentioned problems, is a power supply circuit that generates an output voltage of a target level on the secondary side, comprising a transformer including a primary coil and a secondary coil, first and second transistors that control the current of the primary coil, and a switching control circuit that controls the switching of the first and second transistors, the switching control circuit including a drive signal output circuit that outputs a drive signal corresponding to a normal mode when the output voltage is lower than a first level, and outputs the drive signal corresponding to a first burst mode when the output voltage becomes higher than the first level, and a drive circuit that switches the first and second transistors based on the drive signal, the normal mode being a mode in which the first and second transistors are continuously switched in a first cycle based on a feedback voltage according to the output voltage, the first burst mode being a mode in which a first period in which the first and second transistors are continuously switched in the first cycle and a second period in which the switching of the first and second transistors is stopped are repeated in a predetermined cycle, and the drive signal output circuit shortens the first period of the predetermined cycle as the output voltage becomes higher than the first level.
本発明によれば、負荷の状態が変化した場合に電源回路を安定に動作させることができるスイッチング制御回路を提供することができる。 The present invention provides a switching control circuit that can stably operate a power supply circuit when the load state changes.
本明細書及び添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。 The following points become clear at least from the description in this specification and the accompanying drawings.
ここでは、各図面に示される同一又は同等の構成要素、部材等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、本実施形態で、「接続」とは、特段の言及がない限り電気的に接続されている状態をいう。このため「接続」には、2つの部品が配線のみならず、例えば、抵抗を介して接続されている場合も含む。 Here, identical or equivalent components, parts, etc. shown in each drawing are given the same reference numerals, and duplicate explanations are omitted as appropriate. Furthermore, in this embodiment, "connection" refers to a state in which two parts are electrically connected unless otherwise specified. For this reason, "connection" includes cases in which two parts are connected not only through wiring, but also through, for example, a resistor.
=====本実施形態=====
<<<DC-DCコンバータ10の概要>>>
図1は、DC-DCコンバータ10の一例を示す図である。DC-DCコンバータ10は、所定の入力電圧Vin(例えば、400V)から、目的レベルの出力電圧Vout(例えば、12V)を生成するLLC電流共振型の電源回路である。
== ...
<<<Outline of DC-
1 is a diagram showing an example of a DC-
また、DC-DCコンバータ10は、出力電圧Voutを負荷11に印加する。ここで、負荷11は、例えば、照明装置(不図示)のLEDであり、負荷11に流れる電流を、負荷電流Ioutとする。
The DC-
DC―DCコンバータ10は、コンデンサ30,34,35,42、NMOSトランジスタ31,32、トランス33、抵抗36、制御ブロック37、ダイオード40,41、定電圧回路43、及び発光ダイオード44を含んで構成される。
The DC-
コンデンサ30は、入力電圧Vinが印加される電源ラインと、接地側のグランドラインとの間の電圧を安定化させ、ノイズ等を除去する。
NMOSトランジスタ31は、ハイサイド側のパワートランジスタであり、NMOSトランジスタ32は、ローサイド側のパワートランジスタである。なお、本実施形態では、スイッチング素子としてNMOSトランジスタ31,32が用いられているが、例えば、PMOSトランジスタやバイポーラトランジスタであっても良い。
トランス33は、1次コイルL1、2次コイルL2,L3、補助コイルL4を備えており、1次コイルL1と、2次コイルL2,L3と、補助コイルL3との間は絶縁されている。トランス33においては、1次側の1次コイルL1の両端の電圧の変化に応じて、2次側の2次コイルL2,L3に電圧が発生し、2次コイルL2,L3の電圧の変化に応じて、1次側の補助コイルL4の電圧が発生する。
The
また、1次コイルL1は、一端にNMOSトランジスタ31のソースと、NMOSトランジスタ32のドレインが接続され、他端にNMOSトランジスタ32のソースがコンデンサ34を介して接続されている。したがって、NMOSトランジスタ31,32のスイッチングが開始されると、2次コイルL2,L3と、補助コイルL4の夫々の電圧が変化することとなる。
The primary coil L1 has one end connected to the source of
なお、本実施形態では、1次コイルL1と2次コイルL2,L3とは、逆極性で電磁結合されており、2次コイルL2,L3と補助コイルL4は、逆極性で電磁結合されている。なお、トランス33の1次コイルL1、2次コイルL2,L3、及び補助コイルL4のそれぞれの電磁結合の極性は、これに限られない。
In this embodiment, the primary coil L1 and the secondary coils L2 and L3 are electromagnetically coupled with opposite polarity, and the secondary coils L2 and L3 and the auxiliary coil L4 are electromagnetically coupled with opposite polarity. The polarity of the electromagnetic coupling of the primary coil L1, the secondary coils L2 and L3, and the auxiliary coil L4 of the
コンデンサ34は、トランス33の1次コイルL1及び漏れインダクタンス(リーケージインダクタンス)と共振回路を構成する、いわゆる共振コンデンサである。なお、図1において、漏れインダクタンスの図示は省略している。
コンデンサ35と、コンデンサ35に直列接続された抵抗36とは、コンデンサ34に並列接続されることにより、共振回路の共振電流を分流する回路である。本実施形態では、コンデンサ35、及び抵抗36には、共振電流を分流した電流Isが流れることにより、共振電流に応じた電圧Vsが、コンデンサ35及び抵抗36の接続ノードに発生する。
なお、本実施形態では、1次コイルL1からコンデンサ34へ流れる電流の方向を「正の方向(または、正方向)」とする。また、コンデンサ34から1次コイルL1へ流れる電流の方向を「負の方向(または、負方向)」とする。
In this embodiment, the direction of the current flowing from the primary coil L1 to the
制御ブロック37は、NMOSトランジスタ31,32のスイッチングを制御するための回路ブロックであり、詳細は後述する。
The
ダイオード40,41は、2次コイルL2,L3の電圧を整流し、コンデンサ42は、整流された電圧を平滑化する。この結果、コンデンサ42には、平滑化された出力電圧Voutが生成される。なお、出力電圧Voutは、目的レベルの直流電圧(例えば、12V)となる。
定電圧回路43は、一定の直流電圧を生成する回路であり、例えば、シャントレギュレータを用いて構成される。
The
発光ダイオード44は、出力電圧Voutと、定電圧回路43の出力との差に応じた強度の光を発光する素子であり、後述するフォトトランジスタ65とともに、フォトカプラを構成する。本実施形態では、出力電圧Voutのレベルが高くなると、発光ダイオード44からの光の強度は強くなる。
The light-
===制御ブロック37===
制御ブロック37は、制御IC50、ダイオード60、コンデンサ61,62,66,67、抵抗63,64、及びフォトトランジスタ65を含む。
The
制御IC50は、NMOSトランジスタ31,32のスイッチングを制御する集積回路であり、端子VCC,BO,VW,FB,IS,CA,HO,LOを有する。なお、制御IC50は、例えば、接地電圧が印加されるグランド端子等を有するが、便宜上、ここでは省略されている。
The
端子VCCは、制御IC50を動作させるための電圧Vccが印加される端子である。端子VCCには、ダイオード60のカソードと、一端が接地されたコンデンサ61とが接続されている。また、ダイオード60のアノードには、補助コイルL4が接続されている。本実施形態では、制御IC50がNMOSトランジスタ31,32のスイッチングを開始すると、補助コイルL4には、負荷電流Ioutに応じた電圧が発生する。
The terminal VCC is a terminal to which a voltage Vcc is applied to operate the
この結果、コンデンサ61は、ダイオード60からの電流により充電され、コンデンサ61の充電電圧は、制御IC50を動作させる電源電圧Vccとなる。なお、制御IC50は、図示しない端子に印加される所定電圧(例えば、商用電源からの交流電圧)に基づいて起動した後、電源電圧Vccに基づいて動作する。
As a result, the
端子VWは、補助コイルL4の電圧を検出するための端子である。本実施形態では、直列接続されたコンデンサ62、及び抵抗63,64が、補助コイルL4に並列接続されている。コンデンサ62は、補助コイルL4から電圧のうち、交流成分を通過させる素子である。
The terminal VW is a terminal for detecting the voltage of the auxiliary coil L4. In this embodiment, the series-connected
抵抗63,64は、補助コイルL4で発生する交流成分の電圧を分圧する分圧回路を構成する。なお、本実施形態では、抵抗63、及び抵抗64が接続されたノードが、端子VWに接続されており、端子VWの電圧を、電圧Vwとする。
The
端子BOは、DC-DCコンバータ10の入力電圧Vinが印加される端子である。
Terminal BO is the terminal to which the input voltage Vin of the DC-
端子FBは、出力電圧Voutに応じた帰還電圧Vfbが生じる端子であり、フォトトランジスタ65、及びコンデンサ66が接続される。フォトトランジスタ65は、発光ダイオード44からの光の強度に応じた大きさのバイアス電流I1を、端子FBから接地へと流し、コンデンサ66は、端子FBと、接地との間のノイズを除去するために設けられる。このため、フォトトランジスタ65は、シンク電流を生成するトランジスタとして動作する。
Terminal FB is a terminal where a feedback voltage Vfb corresponding to the output voltage Vout is generated, and is connected to a
端子ISは、DC-DCコンバータ10の共振電流に応じた電圧が印加される端子である。上述のように、コンデンサ35及び抵抗36が接続されるノードには、共振電流を分流した電流Isに応じた電圧Vsが発生する。本実施形態では、コンデンサ35及び抵抗36が接続されるノードは、端子ISに接続されているため、端子ISには、電圧Vsが印加される。
The terminal IS is a terminal to which a voltage corresponding to the resonant current of the DC-
なお、入力電圧Vinを端子BOから受けて制御IC50の内部にて検出する。これは共振電流、及び電流Isに応じた電力(例えば、負荷11の電力)は、共振電流、及び電流Isが同じ大きさであっても入力電圧Vinに比例するような関係となるからである。
The input voltage Vin is received from terminal BO and detected inside the
端子CAは、端子ISの電圧Vsに応じて変化するとともに、負荷11で消費される電力を示す電圧Vcaをコンデンサ67に印加する。
Terminal CA changes according to the voltage Vs at terminal IS, and applies a voltage Vca to
端子HOは、NMOSトランジスタ31を駆動する信号Vo1が出力される端子であり、NMOSトランジスタ31のゲートが接続される。
Terminal HO is a terminal from which signal Vo1 that drives
端子LOは、NMOSトランジスタ32を駆動する信号Vo2が出力される端子であり、NMOSトランジスタ32のゲートが接続される。
Terminal LO is a terminal from which signal Vo2 that drives
なお、制御IC50は、「スイッチング制御回路」に相当し、コンデンサ34は、「第1コンデンサ」に相当し、補助コイルL4は、「補助コイル」に相当する。また、NMOSトランジスタ31は、「第1トランジスタ」に相当し、NMOSトランジスタ32は、「第2トランジスタ」に相当する。端子VWは、「第1端子」に相当し、端子BOは、「第2端子」に相当する。
The
<<<制御IC50の詳細>>>
図2は、制御IC50の構成の一例を示す図である。制御IC50は、ADコンバータ(ADC)100,111,131、抵抗110,120,121、コンパレータ122、負荷検出回路130、検出回路140、デジタル制御回路150、及び駆動回路151を含んで構成される。
<<<<Details of
2 is a diagram showing an example of the configuration of the
===ADコンバータ100===
ADコンバータ100は、端子BOに印加される入力電圧Vinを、デジタル値に変換して出力する。なお、図2では、デジタル値に変換された電圧についても、変換前のアナログの電圧と同様に記載している。
===
The
===抵抗110、及びADコンバータ111===
抵抗110は、図1のバイアス電流I1に応じた帰還電圧Vfbを端子FBに発生させる素子であり、一端には電源電圧Vddが印加され、他端は端子FBに接続されている。
===
The
なお、本実施形態では、出力電圧Voutが目的レベルより高くなると、発光ダイオード44の光が強くなりバイアス電流I1が増加するため、帰還電圧Vfbは低下する。一方、出力電圧Voutが目的レベルより低くなると、発光ダイオード44の光が弱くなりバイアス電流I1が減少するため、帰還電圧Vfbは上昇する。
In this embodiment, when the output voltage Vout becomes higher than the target level, the light from the light-emitting
また、抵抗110の抵抗値をRとすると、帰還電圧Vfbは、以下の式(1)で表される。
Vfb=Vdd-R×I1・・・(1)
Furthermore, if the resistance value of the
Vfb=Vdd-R×I1 (1)
ADコンバータ111は、端子FBに生じる帰還電圧Vfbを、デジタル値に変換して出力する。
The
===抵抗120,121、及びコンパレータ122===
抵抗120,121は、接地電圧(つまり、0V)を中心に変化する電圧Vsの中心レベルをシフトする、いわゆるレベルシフト回路である。本実施形態の抵抗120,121のそれぞれは、同じ抵抗値を有する。直列接続された抵抗120,121のうち、抵抗120には、電源電圧Vddが印加され、抵抗121は、端子ISに接続されている。
===Resistors 120, 121, and
The
したがって、抵抗121は、端子ISを介して図1のコンデンサ35、及び抵抗36の接続ノードに接続されている。ここで、抵抗36に流れる電流Isがゼロの場合、電圧Vsはゼロとなる。したがって、この場合、図2の抵抗120及び抵抗121が接続されたノードの電圧Vsdのレベルは、Vdd/2となる。
Therefore,
また、電流Isが正の方向に流れると、電圧Vsも正の電圧となるため、電圧VsdはVdd/2から上昇する。一方、電流Isが負の方向に流れると、電圧Vsも負の電圧となるため、電圧VsdはVdd/2から低下する。このように、本実施形態の電圧Vsdは、Vdd/2のレベルを中心に、電流Isの向きと、電流Isの大きさとに応じて変化することになる。 Furthermore, when the current Is flows in a positive direction, the voltage Vs also becomes positive, and the voltage Vsd rises from Vdd/2. On the other hand, when the current Is flows in a negative direction, the voltage Vs also becomes negative, and the voltage Vsd falls from Vdd/2. In this way, the voltage Vsd in this embodiment changes depending on the direction and magnitude of the current Is, with the level of Vdd/2 at the center.
コンパレータ122は、電圧Vsdと、所定の基準電圧Vref0とに基づいて、電流Isの方向を検出する回路である。本実施形態では、基準電圧Vref0のレベルは、Vdd/2であるため、コンパレータ122は、電流Isが正方向だと、ハイレベル(以下、Hレベル)の電圧Vc0を出力し、電流Isが負方向だと、ローレベル(以下、Lレベル)の電圧Vc0を出力する。
The
したがって、本実施形態の抵抗120,121、及びコンパレータ122は、電流Isの流れる方向を検出する回路として動作する。
Therefore, in this embodiment,
===負荷検出回路130===
負荷検出回路130は、負荷11の状態(ここでは、負荷11の消費電力)を検出する回路である。具体的には、負荷検出回路130は、電流Is(つまり、共振電流)に応じた電圧Vsdに基づいて、負荷11の電力に応じた電圧Vcaを、コンデンサ67が接続された端子CAに出力する。
The
ADコンバータ131は、端子CAに生じる電圧Vcaを、デジタル値に変換して出力する。なお、電圧Vcaは、例えば、負荷11の消費電力が増加し、電流Isが増加すると大きくなる。このため、後述するデジタル制御回路150は、電圧Vcaに基づいて、負荷11の消費電力を判別できる。なお、共振電流、電流Isに応じた電力(例えば、負荷11の電力)は、上述したような入力電圧Vinに比例するような関係となるために、AD変換された入力電圧Vinを用いて、電圧Vcaを補正する処理を行ってもよい。
The
===検出回路140===
検出回路140は、DC-DCコンバータ10を所定のバーストモード(後述)で動作させるタイミングを、電圧Vwに基づいて検出する回路である。図3は、検出回路140の一例を示す図である。検出回路140は、抵抗200,201、DAコンバータ210,211、コンパレータ212,213を含んで構成される。
The
抵抗200,201は、図1の端子VWに印加される電圧Vwの中心レベルをシフトするレベルシフト回路に相当する。なお、本実施形態では、電圧Vwのレベルがシフトされ、抵抗200,201が接続されたノードに発生する電圧を、電圧Vwdとする。
The
ここで、補助コイルL4と、コンデンサ62とが接続されたノードの電圧は、NMOSトランジスタ31,32がスイッチングされると、0Vを基準として、正方向及び負方向に変化する。この結果、電圧Vwがレベルシフトされた電圧Vwdは、例えば、図4の上段に示すような交流波形となる。
When the
DAコンバータ210は、後述するデジタル制御回路150からデータD1に応じたレベルの基準電圧Vref1を出力し、DAコンバータ211は、データD2に応じたレベルの基準電圧Vref2を出力する。
DA
ところで、補助コイルL4の両端電圧は、入力電圧Vinのレベルに応じて変化する。具体的には、入力電圧Vinのレベルが高くなると、補助コイルL4の両端電圧の変化も大きくなる。この結果、NMOSトランジスタ31,32がスイッチングされる際の電圧Vwdの振幅も大きくなる。
The voltage across the auxiliary coil L4 changes according to the level of the input voltage Vin. Specifically, as the level of the input voltage Vin increases, the change in the voltage across the auxiliary coil L4 also increases. As a result, the amplitude of the voltage Vwd when the
本実施形態のデジタル制御回路150は、入力電圧Vinのレベルに応じて、基準電圧Vref1,2のレベルを調整する。ここで、入力電圧Vinのレベルが高くなると、デジタル制御回路150は、基準電圧Vref1のレベルが高くなり、基準電圧Vref2のレベルが低くなるデータD1,D2を出力する。この結果、基準電圧Vref1のレベルと、基準電圧Vref2のレベルとの差が大きくなるよう、基準電圧Vref1,Vref2が調整される。
The
一方、入力電圧Vinのレベルが低くなると、デジタル制御回路150は、デジタル制御回路150は、基準電圧Vref1のレベルが低くなり、基準電圧Vref2のレベルが高くなるデータD1,D2を出力する。この結果、基準電圧Vref1のレベルと、基準電圧Vref2のレベルとの差が小さくなるよう、基準電圧Vref1,Vref2が調整される。
On the other hand, when the level of the input voltage Vin becomes low, the
コンパレータ212は、電圧Vwdと、基準電圧Vref1とを比較し、比較結果を示す電圧Vc1を出力する。具体的には、コンパレータ212は、電圧Vwdが、基準電圧Vref1より高くなると、Hレベルの電圧Vc1を出力し、電圧Vwdが、基準電圧Vref1より低くなると、Lレベルの電圧Vc1を出力する。
The
コンパレータ213は、電圧Vwdと、基準電圧Vref2とを比較し、比較結果を示す電圧Vc2を出力する。具体的には、コンパレータ213は、電圧Vwdが、基準電圧Vref2より高くなると、Lレベルの電圧Vc2を出力し、電圧Vwdが、基準電圧Vref2より低くなると、Hレベルの電圧Vc2を出力する。
The
詳細は後述するが、デジタル制御回路150は、所定のバーストモードM3(後述)の際、電圧Vc1,Vc2のそれぞれがHレベルとなると、NMOSトランジスタ31,32をオンするHレベルの駆動信号Vdr1,Vdr2を出力する。
As will be described in detail later, in a specified burst mode M3 (described later), when voltages Vc1 and Vc2 each become H level, the
===デジタル制御回路150===
図2のデジタル制御回路150は、入力される各種電圧に基づいて、DC-DCコンバータ10の動作モードに対応する駆動信号Vdr1,Vdr2を出力する。なお、デジタル制御回路150は、例えば、図示しないデジタル信号処理回路(DSP)と、記憶回路(例えば、メモリ)を含んで構成される。
2 outputs drive signals Vdr1, Vdr2 corresponding to the operation mode of the DC-
詳細は後述するが、デジタル制御回路150は、図5に示すように、通常モードM1、バーストモードM2、及びバーストモードM3の3つの動作モードに対応する駆動信号Vdr1,Vdr2を出力し、DC-DCコンバータ10を動作させる。
As will be described in detail later, the
なお、以降、本実施形態では、デジタル制御回路150が、所定の動作モードに対応する駆動信号Vdr1,Vdr2を出力することを、「デジタル制御回路150が所定の動作モードで動作する」と称することがある。また、デジタル制御回路150が所定の動作モードで動作する場合、DC-DCコンバータ10も所定の動作モードで動作する。
Note that, hereafter, in this embodiment, the
ここで、「通常モード」とは、制御IC50が、連続的にNMOSトランジスタ31,32をスイッチングする動作モードである。「バーストモード」とは、制御IC50が、間欠的にNMOSトランジスタ31,32をスイッチングする動作モードである。このため、「バーストモード」では、NMOSトランジスタ31,32がスイッチングされるスイッチング期間(以下、スイッチング期間T1と称する。)と、NMOSトランジスタ31,32のスイッチングが停止される停止期間(以下、停止期間T2と称する。)と、が繰り返されることになる。
Here, "normal mode" is an operating mode in which the
また、デジタル制御回路150は、図5に示すように、通常モードM1またはバーストモードM2で動作する際には、帰還電圧Vfbと、電流Isの方向を示す電圧Vc0とを用いる。また、デジタル制御回路150は、バーストモードM3で動作する際には、帰還電圧Vfbと、電圧Vwと、入力電圧Vinとを用いる。なお、デジタル制御回路150の動作モードの詳細については後述する。
As shown in FIG. 5, when the
なお、駆動信号Vdr1,Vdr2を出力するデジタル制御回路150は、「駆動信号出力回路」に相当する。
The
===駆動回路151===
駆動回路151は、駆動信号Vdr1,Vdr2に基づいて、NMOSトランジスタ31,32のスイッチングを行うバッファ回路である。具体的には、駆動回路151は、駆動信号Vdr1と同じ論理レベルの信号Vo1で、NMOSトランジスタ31を駆動し、駆動信号Vdr2と同じ論理レベルの信号Vo2で、NMOSトランジスタ32を駆動する。
The
<<<デジタル制御回路150の動作について>>>
図6は、デジタル制御回路150の動作を説明するための図である。図6の横軸には、負荷11の消費電力に対応する電圧Vcaが示されており、縦軸には、帰還電圧Vfbと、出力電圧Voutとがそれぞれ示されている。なお、上述のように、本実施形態では、出力電圧Voutが上昇すると、帰還電圧Vfbは低下する。したがって、図6の縦軸において、帰還電圧Vfbのレベルが高くなる方向(図6の上方向)と、出力電圧Voutが高くなる方向(図6の下方向)とは、逆になる。
<<<Operation of
6 is a diagram for explaining the operation of the
図6において、出力電圧Voutの軸上の電圧V0~V4のそれぞれは、帰還電圧Vfbの軸上の電圧V10~V14に対応する。つまり、出力電圧Voutのレベルが、電圧V0のレベルとなると、帰還電圧Vfbのレベルが、電圧V10のレベルとなる。なお、他の電圧V1~V4と、電圧V11~V14との関係についても、電圧V0及び電圧V10の関係と同様であるため、ここでは詳細な説明は省略する。また、出力電圧Voutにおける目的レベルは、帰還電圧Vfb電圧V15のレベルに対応する。 In FIG. 6, the voltages V0 to V4 on the axis of the output voltage Vout correspond to the voltages V10 to V14 on the axis of the feedback voltage Vfb. In other words, when the level of the output voltage Vout becomes the level of voltage V0, the level of the feedback voltage Vfb becomes the level of voltage V10. Note that the relationship between the other voltages V1 to V4 and voltages V11 to V14 is similar to the relationship between voltages V0 and V10, so a detailed explanation is omitted here. Also, the target level of the output voltage Vout corresponds to the level of the feedback voltage Vfb voltage V15.
まず、ここでは、負荷11の消費電力の定格(以下、適宜「定格電力」と称する。)を100%とした際に、負荷11の消費電力が3%より大きい場合について説明する。なお、本実施形態では、負荷11の消費電力が定格電力の3%以下の状態を、「負荷11が軽負荷の状態」と称する。また、デジタル制御回路150は、負荷11の消費電力が3%より大きいか否かについては、電圧Vcaに基づいて判定する。
First, here, a case where the power consumption of the load 11 is greater than 3% when the rated power consumption of the load 11 (hereinafter referred to as "rated power") is taken as 100% will be described. In this embodiment, a state in which the power consumption of the load 11 is 3% or less of the rated power is referred to as a "light load state of the load 11". In addition, the
なお、電圧V1のレベルは、「第1レベル」に相当し、電圧V2のレベルは、「第2レベル」に相当し、電圧V3のレベルは、「第3レベル」に相当し、電圧V4のレベルは、「第4レベル」に相当する。また、「第1の値」は、「定格電力の3%の値」に相当し、バーストモードM2は、「第1バーストモード」に相当し、バーストモードM3は、「第2バーストモード」に相当する。 The level of voltage V1 corresponds to the "first level", the level of voltage V2 corresponds to the "second level", the level of voltage V3 corresponds to the "third level", and the level of voltage V4 corresponds to the "fourth level". Also, the "first value" corresponds to "3% of the rated power", burst mode M2 corresponds to the "first burst mode", and burst mode M3 corresponds to the "second burst mode".
===負荷11が軽負荷の状態より重い場合===
<<出力電圧Voutのレベルが電圧V0より低い場合>>
まず、出力電圧Voutのレベルが、電圧V0のレベルより低い場合のデジタル制御回路150について、図6を参照しつつ説明する。電圧V0は、出力電圧Voutの目的レベル(例えば、12V)より十分低い電圧である。なお、例えば、入力電圧Vinが所定レベルより低下していると、出力電圧Voutのレベルが、電圧V0のレベルより低くなることがある。
===When load 11 is heavier than the light load state===
<<When the level of the output voltage Vout is lower than the voltage V0>>
First, the
以降、出力電圧Voutのレベルが、電圧V0のレベルより低いことを、適宜、出力電圧Voutが電圧V0より低いと称することがある。また、上述のように、出力電圧Voutのレベルが電圧V0となると、帰還電圧Vfbは、電圧V10となる。 Hereinafter, when the level of the output voltage Vout is lower than the level of voltage V0, it may be referred to as the output voltage Vout being lower than voltage V0. Also, as described above, when the level of the output voltage Vout becomes voltage V0, the feedback voltage Vfb becomes voltage V10.
出力電圧Voutが電圧V0より低く、帰還電圧Vfbが電圧V10より高い場合、デジタル制御回路150は、帰還電圧Vfbに基づいて、NMOSトランジスタ31,32のスイッチングを停止すべく、駆動信号Vdr1,Vdr2をともにLレベルとする。
When the output voltage Vout is lower than voltage V0 and the feedback voltage Vfb is higher than voltage V10, the
このように、出力電圧Voutが目的レベルより十分低い電圧V0となると、DC-DCコンバータ10は、DC-DCコンバータ10が不安定とならないよう、NMOSトランジスタ31,32のスイッチングを停止する。
In this way, when the output voltage Vout becomes a voltage V0 that is sufficiently lower than the target level, the DC-
なお、例えば、DC-DCコンバータ10の起動時には、出力電圧Voutはゼロから上昇する。このような場合には、デジタル制御回路150は、出力電圧VoutがNMOSトランジスタ31,32のスイッチングが停止されないよう、設計されている。
For example, when the DC-
<<出力電圧Voutが電圧V0より高く電圧V1より低い場合>>
出力電圧Voutが電圧V0より高くなると、図2のデジタル制御回路150は、出力電圧Voutを目的レベルとすべく、帰還電圧Vfbに基づいて、通常モードM1に対応する駆動信号Vdr1,Vdr2を出力する。
<<When the output voltage Vout is higher than the voltage V0 and lower than the voltage V1>>
When the output voltage Vout becomes higher than the voltage V0, the
図7は、通常モードM1に対応する駆動信号Vdr1,Vdr2の概要を示す図である。デジタル制御回路150は、通常モードM1では、駆動信号Vdr1と、駆動信号Vdr2とを、相補的に変化させる。具体的には、デジタル制御回路150は、駆動信号Vdr1がHレベルとなると、駆動信号Vdr2はLレベルとし、駆動信号Vdr1がLレベルとなると、駆動信号Vdr2はHレベルとする。
Figure 7 is a diagram showing an overview of the drive signals Vdr1 and Vdr2 corresponding to normal mode M1. In normal mode M1, the
なお、図7では、駆動信号Vdr1と、駆動信号Vdr2との間には、駆動信号Vdr1,Vdr2がともにLレベルとなる期間(いわゆるデッドタイム)が設けられているが、ここでは、便宜上、省略されている。 Note that in FIG. 7, a period during which both drive signals Vdr1 and Vdr2 are at the L level (so-called dead time) is provided between drive signals Vdr1 and Vdr2, but this is omitted here for convenience.
ところで、本実施形態のデジタル制御回路150は、図5に示すように、帰還電圧Vfbと、電流Isの方向の変化するタイミング(つまり、電圧Vc0)と、に基づいて、駆動信号Vdr1,Vdr2のスイッチング周期Tswを定めている。図8は、通常モードM1における駆動信号Vdr1,Vdr2の詳細を説明するための図である。
As shown in FIG. 5, the
デジタル制御回路150は、例えば時刻t0において、駆動信号Vdr1をLレベルに変化させるため、図1のハイサイドのNMOSトランジスタ31はオフとなる。その後、デッドタイムに相当する期間Td1が経過した時刻t1となると、デジタル制御回路150は、駆動信号Vdr2をHレベルに変化させる。この結果、ローサイドのNMOSトランジスタ32がオンとなる。
For example, at time t0, the
NMOSトランジスタ32がオンした後、徐々に電流Isは減少し、時刻t2にゼロとなる。この結果、図2のコンパレータ122は、電流Isが負の方向に流れていることを示すLレベルの電圧Vc0を出力する。
After the
そして、デジタル制御回路150は、式(2)に示すように、時刻t0~時刻t2までの期間Tbhと、帰還電圧Vfbとの積に応じた期間Tahを計算する。なお、式(2)において、「k」は所定の定数である。
Tah=k×Vfb×Thb・・・(2)
Then, the
Tah = k × Vfb × Thb (2)
デジタル制御回路150は、時刻t2から期間Tahが経過する時刻t3となると、NMOSトランジスタ32をオフすべく、駆動信号Vdr2をLレベルに変化させる。
When the time period Tah elapses from time t2 to time t3, the
時刻t3から、デッドタイムに相当する期間Td2が経過した時刻t4となると、デジタル制御回路150は、駆動信号Vdr1をHレベルに変化させる。この結果、図1のハイサイドのNMOSトランジスタ31がオンとなる。
When the time t4 arrives, which is the time period Td2 corresponding to the dead time after the time t3, the
NMOSトランジスタ31がオンした後、徐々に電流Isは増加し、時刻t5にゼロとなる。この結果、図2のコンパレータ122は、電流Isが正の方向に流れていることを示すHレベルの電圧Vc0を出力する。
After the
そして、デジタル制御回路150は、式(3)に示すように、時刻t3~時刻t5までの期間Tblと、帰還電圧Vfbとの積に応じた期間Talを計算する。なお、式(3)において、「k」は上述した所定の定数である。
Tal=k×Vfb×Tbl・・・(3)
Then, the
Tal = k × Vfb × Tbl (3)
時刻t5から、期間Tal経過した時刻t6となると、デジタル制御回路150は、駆動信号Vdr1をLレベルに変化させる。また、時刻t6以降、時刻t0~t6までの動作が繰り返される。このように、本実施形態のスイッチング周期Tswは、期間Tah、及び期間Talに基づいて定まる。したがって、スイッチング周期Tswは、出力電圧Voutが低下し、帰還電圧Vfbが上昇すると長くなる。
At time t6, which is the time period Tal after time t5, the
ところで、LLC電流共振型のDC-DCコンバータ10のゲイン(=Vout/Vin)と、NMOSトランジスタ31,32のスイッチング周波数と、の間には例えば、図9に示す関係が成立する。そして、本実施形態では、NMOSトランジスタ31,32のスイッチング周波数は、図1の1次コイルL1及びコンデンサ34を含む共振回路の共振周波数より高くなるよう、設計されている。つまり、本実施形態では、NMOSトランジスタ31,32のスイッチング周波数は、図9の「使用領域」で変化するよう、設計されている。
The relationship shown in FIG. 9, for example, exists between the gain (=Vout/Vin) of the LLC current resonant DC-
仮に、DC-DCコンバータ10の出力電圧Voutが目的レベルから低下すると、帰還電圧Vfbが上昇するため、スイッチング周期Tswは長くなる。この場合、NMOSトランジスタ31,32のスイッチング周波数は低下し、ゲイン(=Vout/Vin)が増加するため、結果的に出力電圧Voutは上昇する。
If the output voltage Vout of the DC-
一方、出力電圧Voutのレベルが目的レベルから上昇すると、帰還電圧Vfbは低下するため、スイッチング周期Tswは短くなる。この場合、NMOSトランジスタ31,32のスイッチング周波数は上昇し、ゲイン(=Vout/Vin)が低下するため、結果的に出力電圧Voutは低下する。したがって、DC-DCコンバータ10は、通常モードM1に対応する駆動信号Vdr1,Vdr2を出力することにより、目的レベルの出力電圧Voutを生成することができる。
On the other hand, when the level of the output voltage Vout rises from the target level, the feedback voltage Vfb falls, and the switching period Tsw becomes shorter. In this case, the switching frequency of the
<<出力電圧Voutが電圧V1より高い場合>>
また、図6に示すように、例えば負荷11の消費電力が低下し、出力電圧Voutが電圧V1より高くなると、デジタル制御回路150は、バーストモードM2に対応する駆動信号Vdr1,Vdr2を出力する。なお、本実施形態において、出力電圧Voutのレベルが電圧V1となると、帰還電圧Vfbは、電圧V11となる。
<<When the output voltage Vout is higher than the voltage V1>>
6, for example, when the power consumption of the load 11 decreases and the output voltage Vout becomes higher than the voltage V1, the
本実施形態の「バーストモードM2」は、NMOSトランジスタ31,32が連続的にスイッチングされるスイッチング期間T1と、NMOSトランジスタ31,32のスイッチングが停止される停止期間T2と、が所定周期Txで繰り返される動作モードである。
The "burst mode M2" of this embodiment is an operation mode in which a switching period T1 during which the
図10は、バーストモードM2に対応する駆動信号Vdr1,Vdr2の一例を示す図である。本実施形態のデジタル制御回路150は、バーストモードM2のスイッチング期間T1においては、通常モードM1と同じ駆動信号Vdr1,Vdr2を出力する。具体的には、デジタル制御回路150は、図5及び図8に示すように、帰還電圧Vfbと、電流Isの方向の変化するタイミング(つまり、電圧Vc0)を取得する。そして、デジタル制御回路150は、式(2)、式(3)を用いて得られたスイッチング周期Tswを有する駆動信号Vdr1,Vdr2を出力する。
Figure 10 is a diagram showing an example of drive signals Vdr1, Vdr2 corresponding to burst mode M2. In the switching period T1 of burst mode M2, the
したがって、DC-DCコンバータ10では、負荷11の消費電力が減少し、デジタル制御回路150の動作モードが、通常モードM1から、バーストモードM2に変化した場合であっても、NMOSトランジスタ31,32のスイッチング方式が変更されることはない。この結果、本実施形態では、デジタル制御回路150の動作モードが変化しても、DC-DCコンバータ10の動作が不安定になることを防ぐことができる。
Therefore, in the DC-
なお、ここで「スイッチング方式」とは、例えば、NMOSトランジスタ31,32のスイッチングパターン、及びスイッチング周期Tswで定められる。本実施形態では、通常モードM1、及びバーストモードM2のそれぞれにおいて、デッドタイムを無視した場合、NMOSトランジスタ31,32は、相補的にオン、オフされるスイッチングパターンを有する。
Note that the "switching method" here is determined, for example, by the switching pattern and switching period Tsw of the
さらに、通常モードM1、及びバーストモードM2のそれぞれにおいて、スイッチング周期Tswは、例えば、同じ式(2)、式(3)に基づいて定められる。したがって、本実施形態では、通常モードM1のスイッチング方式と、バーストモードM2のスイッチング方式とは同じである。なお、通常モードM1のスイッチング周期Tswと、バーストモードM2のスイッチング周期Tswとのそれぞれは「第1周期」に相当し、バーストモードM3のスイッチング周期Tswは、「第2周期」に相当する。 Furthermore, in each of the normal mode M1 and the burst mode M2, the switching period Tsw is determined based on, for example, the same formula (2) and formula (3). Therefore, in this embodiment, the switching method of the normal mode M1 and the switching method of the burst mode M2 are the same. Note that the switching period Tsw of the normal mode M1 and the switching period Tsw of the burst mode M2 each correspond to a "first period", and the switching period Tsw of the burst mode M3 corresponds to a "second period".
図11は、出力電圧Voutが変化した際のバーストモードM2の波形を説明するための図である。図11(a)は、出力電圧Voutが電圧V1(つまり、帰還電圧Vfbが電圧V11)の際のバーストモードM2の波形の一例である。この場合において、デジタル制御回路150は、所定周期Tx(例えば、10ms)のうち、スイッチング期間T1を初期値である期間Ti(例えば、6ms)とし、停止期間T2を、所定周期Txから期間Tiを減算した期間(例えば、4ms)とする。つまり、本実施形態では、停止期間T2は、Tx-T1(=Tx-Ti)となる。
Figure 11 is a diagram for explaining the waveform of burst mode M2 when the output voltage Vout changes. Figure 11 (a) is an example of a waveform of burst mode M2 when the output voltage Vout is voltage V1 (i.e., the feedback voltage Vfb is voltage V11). In this case, the
例えば、負荷11の消費電力が減少し、出力電圧Voutが電圧V1から高くなると(つまり、帰還電圧Vfbが電圧V11から低くなると)、デジタル制御回路150は、スイッチング期間T1を期間Tiから徐々に短くする(図11(b)参照)。
For example, when the power consumption of the load 11 decreases and the output voltage Vout increases from voltage V1 (i.e., when the feedback voltage Vfb decreases from voltage V11), the
また、本実施形態では、バーストモードM2において、スイッチング期間T1と、停止期間T2とで定まる周期は、所定周期Txで一定である。したがって、スイッチング期間T1が短くなると、DC-DCコンバータ10における1次側から、2次側へ伝えられる電力も小さくなる。この結果、出力電圧Voutの上昇を抑制することが可能となる。
In addition, in this embodiment, in burst mode M2, the cycle determined by the switching period T1 and the stop period T2 is a fixed predetermined cycle Tx. Therefore, when the switching period T1 becomes shorter, the power transmitted from the primary side to the secondary side of the DC-
仮に負荷11の消費電力が更に減少し、出力電圧Voutが電圧V2なると(つまり、帰還電圧Vfbが電圧V12まで低下すると)、例えば図6、及び図11(c)に示すように、デジタル制御回路150は、スイッチング期間T1を徐々に短くすることを停止する。具体的には、デジタル制御回路150は、出力電圧Voutが電圧V2から電圧V3までの範囲(つまり、帰還電圧Vfbが電圧V12から電圧V13の範囲)においては、スイッチング期間T1として、帰還電圧Vfbが電圧V12の際のスイッチング期間T1である期間Tfを維持する。なお、所定周期Tx(例えば、10ms)のうち、スイッチング期間T1である期間Tfは、例えば2msであるため、停止期間T2は、8msとなる。
If the power consumption of the load 11 is further reduced and the output voltage Vout becomes voltage V2 (i.e., the feedback voltage Vfb drops to voltage V12), the
このように、本実施形態では、出力電圧Voutが電圧V2より高くなると、バーストモードM2において、スイッチング期間T1が期間Tfに固定されることになる。仮に、スイッチング期間T1がゼロとなり、NMOSトランジスタ31,32のスイッチングが長時間停止されると、例えば、トランス33の各コイルや、NMOSトランジスタ31,32の寄生容量等が放電されてしまうことがある。このような場合、DC-DCコンバータ10がスイッチング動作を再開した際、不要なノイズが発生し、DC-DCコンバータ10の動作が不安定となることがある。
Thus, in this embodiment, when the output voltage Vout becomes higher than the voltage V2, in burst mode M2, the switching period T1 is fixed to the period Tf. If the switching period T1 becomes zero and the switching of the
本実施形態のDC-DCコンバータ10は、出力電圧Voutが電圧V2より高くなった場合であっても、スイッチング期間T1がゼロとならないため、ノイズの発生を抑制しつつ、DC-DCコンバータ10の動作を安定化することができる。
In this embodiment, the DC-
なお、スイッチング期間T1は、「第1期間」に相当し、停止期間T2は、「第2期間」に相当し、期間Tfは、「所定期間」に相当する。なお、期間Tfは、出力電圧Voutのレベルが電圧V2のレベルとなる際のスイッチング期間T1である。 The switching period T1 corresponds to the "first period", the stop period T2 corresponds to the "second period", and the period Tf corresponds to the "predetermined period". The period Tf is the switching period T1 when the level of the output voltage Vout becomes the level of the voltage V2.
<<出力電圧Voutが電圧V3より高い場合>>
また、負荷11の消費電力が減少し、出力電圧Voutが電圧V3より高くなると(つまり、帰還電圧Vfbが電圧V13まで低下すると)、例えば図6に示すように、デジタル制御回路150は、NMOSトランジスタ31,32のスイッチングを停止すべく、Lレベルの駆動信号Vdr1,Vdr2を出力する。
<<When the output voltage Vout is higher than the voltage V3>>
Furthermore, when the power consumption of the load 11 decreases and the output voltage Vout becomes higher than the voltage V3 (i.e., when the feedback voltage Vfb drops to the voltage V13), for example, as shown in FIG. 6 , the
===負荷11が軽負荷の状態===
つぎに、負荷11が軽負荷の状態、つまり、図6において負荷11の消費電力が3%以下の場合について説明する。なお、デジタル制御回路150は、負荷11の消費電力が3%以下であることを、電圧Vcaに基づいて判定する。
===Load 11 is in a light load state===
Next, a case where the load 11 is in a light load state, that is, the power consumption of the load 11 is 3% or less in Fig. 6 will be described. The
まず、負荷11が軽負荷の状態において、所定の条件を満たす場合では、デジタル制御回路150は、NMOSトランジスタ31,32のスイッチングが停止されるよう、Lレベルの駆動信号Vdr1,Vdr2を出力する。
First, when the load 11 is in a light load state and certain conditions are satisfied, the
ここで、「所定の条件を満たす場合」とは、出力電圧Voutが電圧V3より高い場合(つまり、帰還電圧Vfbが電圧V13より低い場合)と、出力電圧Voutが電圧V0より低い場合(つまり、帰還電圧Vfbが電圧V10より高い場合)とである。 Here, "when a certain condition is satisfied" refers to when the output voltage Vout is higher than voltage V3 (i.e., when the feedback voltage Vfb is lower than voltage V13) and when the output voltage Vout is lower than voltage V0 (i.e., when the feedback voltage Vfb is higher than voltage V10).
また、負荷11が軽負荷の状態において、出力電圧Voutが電圧V0より高く、電圧V4より低い場合(つまり、帰還電圧Vfbが電圧V10より低く、電圧V14より高い場合)、デジタル制御回路150は、上述した通常モードM1に対応する駆動信号Vdr1,Vdr2を出力する。
In addition, when the load 11 is in a light load state and the output voltage Vout is higher than voltage V0 and lower than voltage V4 (i.e., when the feedback voltage Vfb is lower than voltage V10 and higher than voltage V14), the
本実施形態の電圧V4のレベルは、出力電圧Voutの目的レベルより高く、バーストモードM2が開始される電圧V1のレベルより低い。この結果、負荷11が軽負荷の状態であっても、出力電圧Voutが比較的高い電圧V4(<V1)とならない場合、DC-DCコンバータ10は、通常モードM1で動作することになる。
The level of voltage V4 in this embodiment is higher than the target level of the output voltage Vout and lower than the level of voltage V1 at which burst mode M2 is initiated. As a result, even if the load 11 is in a light load state, if the output voltage Vout does not become a relatively high voltage V4 (< V1), the DC-
一方、負荷11が軽負荷の状態において、出力電圧Voutが電圧V4より高く、電圧V3より低い場合(つまり、帰還電圧Vfbが電圧V14より低く、電圧V13より高い場合)、デジタル制御回路150は、バーストモードM3に対応する駆動信号Vdr1,Vdr2を出力する。ここで、バーストモードM3は、NMOSトランジスタ31,32が連続的にスイッチングされるスイッチング期間T1と、NMOSトランジスタ31,32のスイッチングが停止される停止期間T2と、が繰り返される動作モードである。
On the other hand, when the load 11 is in a light load state and the output voltage Vout is higher than the voltage V4 and lower than the voltage V3 (i.e., when the feedback voltage Vfb is lower than the voltage V14 and higher than the voltage V13), the
バーストモードM3では、バーストモードM2と異なり、図5に示すように、スイッチング周期Tswは、電圧Vw、及び入力電圧Vinに基づいて定められる。具体的には、図2のデジタル制御回路150は、バーストモードM3の際、図3に示す検出回路140の検出結果(電圧Vc1,Vc2)に基づいて、駆動信号Vdr1,Vdr2を出力する。この結果、デジタル制御回路150は、図4で説明したように、電圧Vc1がHレベルとなると、Hレベルの駆動信号Vdr1を出力し、電圧Vc2がHレベルとなると、Hレベルの駆動信号Vdr2を出力する。
In burst mode M3, unlike burst mode M2, as shown in FIG. 5, the switching period Tsw is determined based on the voltage Vw and the input voltage Vin. Specifically, in burst mode M3, the
また、デジタル制御回路150は、図5に示すように、バーストモードM3で動作する際、帰還電圧Vfbに基づいて、スイッチング期間T1を定める。図12は、デジタル制御回路150がバーストモードM3で動作している際のスイッチング期間T1と、停止期間T2とについて説明するための図である。
When the
例えば、時刻t10に、帰還電圧Vfbが上昇し、所定レベルの電圧V20となると、デジタル制御回路150は、バーストモードM3に対応する駆動信号Vdr1,Vdr2を生成する。この結果、NMOSトランジスタ31,32のスイッチングがされることになる。
For example, at time t10, when the feedback voltage Vfb rises to a predetermined voltage level V20, the
時刻t10にNMOSトランジスタ31,32が駆動されると、出力電圧Voutは上昇するため、時刻t10から若干遅れて帰還電圧Vfbは低下する。そして、例えば、時刻t11に、帰還電圧Vfbが低下して所定レベルの電圧V21となると、駆動信号Vdr1,Vdr2の生成は停止される。なお、時刻t10から時刻t11までの期間は、「スイッチング期間T1」となる。
When the
この結果、NMOSトランジスタ31,32のスイッチングも停止されるため、出力電圧Voutは低下する。そして、時刻t11から若干遅れて帰還電圧Vfbが上昇し、例えば時刻t12に、帰還電圧Vfbが電圧V20となると、バーストモードM3に対応する駆動信号Vdr1,Vdr2が生成される。この結果、このタイミングにて、再度NMOSトランジスタ31,32が駆動される。なお、時刻t11から時刻t12までの期間は、「停止期間T2」となる。
As a result, the switching of
また、時刻t12以降、時刻t10~時刻12までの動作が繰り返される。このように、デジタル制御回路150は、帰還電圧Vfbに応じたスイッチング期間T1において、バーストモードM3で動作する。したがって、本実施形態では、DC-DCコンバータ10の消費電力を抑制しつつ、負荷11が軽負荷状態において、出力電圧Voutの上昇を抑えることができる。なお、電圧V20は、電圧V14に近いが電圧V14よりも低い所定の電圧であり、電圧V21は、電圧V13に近いが電圧V14よりも高い所定の電圧である。
After time t12, the operation from time t10 to time t12 is repeated. In this way, the
===負荷11の消費電力が低下した際の動作モードの一例===
図13は、負荷11の消費電力が低下した際のデジタル制御回路150の動作モードの一例を示す図である。ここでは、時刻t30以前にいて、DC-DCコンバータ10は、通常モードM1で動作し、目的レベルの出力電圧Voutを生成していることとする。
===An Example of an Operation Mode When the Power Consumption of the Load 11 Has Decreased===
13 is a diagram showing an example of the operation mode of the
時刻t30において、負荷11の消費電力が低下すると、出力電圧Voutは目的レベルより上昇する。なお、ここでは、負荷11は、軽負荷状態(つまり、定格の3%)よりも重い負荷であることとする。出力電圧Voutが上昇すると、帰還電圧Vfbは、目的レベルに対応する電圧V15から低下する。 At time t30, when the power consumption of the load 11 decreases, the output voltage Vout rises above the target level. Note that here, the load 11 is assumed to be a load heavier than a light load (i.e., 3% of the rated load). When the output voltage Vout rises, the feedback voltage Vfb falls from the voltage V15 corresponding to the target level.
そして、時刻t31に、帰還電圧Vfbが電圧V11となると、デジタル制御回路150の動作モードは、通常モードM1から、バーストモードM2となる。この結果、図11(a)で示したように、所定周期Txで、スイッチング期間T1及び停止期間T2が繰り返されることになる。
Then, at time t31, when the feedback voltage Vfb becomes voltage V11, the operation mode of the
また、時刻t31以降、帰還電圧Vfbは徐々に低下するため、デジタル制御回路150は、図11(b)で示すように、所定周期Txにおいて、スイッチング期間T1を徐々に短くする。この結果、DC-DCコンバータ10の1次側から2次側へ伝えられる電力が小さくなるため、例えば出力電圧Voutの上昇が抑制される。
In addition, since the feedback voltage Vfb gradually decreases after time t31, the
また、時刻t32に、帰還電圧Vfbが電圧V12となると、デジタル制御回路150は、図11(c)で示すように、所定周期Txにおいて、スイッチング期間T1を最小の期間Tfとする。この結果、時刻t32以降、帰還電圧Vfbが電圧V12から低下しても、スイッチング期間T1が短くなることはない。
Furthermore, at time t32, when the feedback voltage Vfb becomes voltage V12, the
その後出力電圧Voutが低下すると、帰還電圧Vfbは上昇し、時刻t33に電圧V12となる。この結果、時刻t33以降、デジタル制御回路150は、スイッチング期間T1を帰還電圧Vfbの上昇に応じて長くする。そして、時刻t34において、帰還電圧Vfbが電圧V11となると、デジタル制御回路150の動作モードは、バーストモードM2から、通常モードM1に変化する。
When the output voltage Vout subsequently drops, the feedback voltage Vfb rises and becomes voltage V12 at time t33. As a result, after time t33, the
上述のように、デジタル制御回路150は、通常モードM1において、出力電圧Voutが目的レベルより高い場合、出力電圧Voutを目的レベルとする駆動信号Vdr1,Vdr2を出力する。この結果、DC-DCコンバータ10の出力電圧Voutは、目的レベルとなる。
As described above, in normal mode M1, when the output voltage Vout is higher than the target level, the
===まとめ===
以上、本実施形態のDC-DCコンバータ10について説明した。制御IC50のデジタル制御回路150は、出力電圧Voutが電圧V1より低い場合、通常モードM1に対応する駆動信号Vdr1,Vdr2を出力し、出力電圧Voutが電圧V1より高くなると、バーストモードM2に対応する駆動信号Vdr1,Vdr2を出力する(図6参照)。そして、例えば、図5に示すように、通常モードM1、及びバーストモードM2のそれぞれにおいて、駆動信号Vdr1,Vdr2のスイッチング周期Tswは、同じ方式で生成される。そして、デジタル制御回路150は、出力電圧Voutが電圧V1より高くなるにつれて、例えば、図11(b)に示すように、スイッチング期間T1を短くする。したがって、本実施形態では、負荷11の状態が変化し、DC-DCコンバータ10の動作モードが変化した場合であっても、DC-DCコンバータ10を安定に動作させることができる。
====Summary====
The DC-
また、デジタル制御回路150は、出力電圧Voutが電圧V1より高い電圧V2になると、例えば、図11(c)に示すように、スイッチング期間T1の短縮を停止する。したがって、出力電圧Voutが、電圧V2より高くなった場合であっても、デジタル制御回路150は、バーストモードM2のスイッチング期間T1を期間Tfに固定することになる。この結果、本実施形態では、出力電圧Voutの上昇を抑制しつつ、NMOSトランジスタ31,32のスイッチングが停止されることを防ぐことができる。
In addition, when the output voltage Vout becomes a voltage V2 higher than the voltage V1, the
また、デジタル制御回路150は、出力電圧Voutが電圧V3になると、NMOSトランジスタ31,32のスイッチングを停止させるためのLレベルの駆動信号Vdr1,Vdr2を出力する。この結果、出力電圧Voutが異常に高くなることを防ぐことができる。
In addition, when the output voltage Vout becomes voltage V3, the
また、デジタル制御回路150は、例えば負荷11が軽負荷状態となると、バーストモードM1と異なるバーストモードM2に対応する駆動信号Vdr1,Vdr2を出力しても良い。このような場合、負荷11が軽負荷状態の場合と、軽負荷状態でない場合とで、異なるバーストモードが用いられることになるため、DC-DCコンバータ10は、負荷11の状態に応じて最適なバーストモードを選択することができる。
In addition, for example, when the load 11 is in a light load state, the
また、デジタル制御回路150は、負荷11が軽負荷状態となり、かつ、出力電圧Voutが電圧V4より高くなると、バーストモードM2で動作する。したがって、デジタル制御回路150は、負荷11が軽負荷状態であっても、出力電圧Voutが低い場合は、通常モードM1で動作するため、動作モードが必要以上に切り替えられることを防ぐことができる。
In addition, when the load 11 is in a light load state and the output voltage Vout is higher than the voltage V4, the
また、デジタル制御回路150は、負荷11の消費電力が定格電力の5%以下(ここでは、例えば、3%)となると、バーストモードM2で動作する。本実施形態では、特に負荷11が軽負荷の状態において、バーストモードM1とは異なるバーストモードM2が用いられる条件を設定できるため、軽負荷状態におけるDC-DCコンバータ10の変換効率を特に向上させることができる。
The
また、デジタル制御回路150は、バーストモードM2で動作する際、端子VWの電圧Vwに基づいて、スイッチング周期Tswを定めている。
In addition, when the
また、デジタル制御回路150は、バーストモードM2で動作する際、電圧Vwと、入力電圧Vinとに基づいて、スイッチング周期Tswを定めている。例えば、DC-DCコンバータ10の入力電圧Vinが高くなると、1次コイル、及び補助コイルL4に発生する電圧も高くなり、2次側に伝達される電力も増加する。したがって、本実施形態では、バーストモードM2において、入力電圧Vinのレベルに合わせ、適切に2次側に電力を伝達することができる。
When operating in burst mode M2, the
上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。また、本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更や改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれるのはいうまでもない。 The above embodiment is intended to facilitate understanding of the present invention, and is not intended to limit the present invention. Furthermore, the present invention may be modified or improved without departing from the spirit of the present invention, and it goes without saying that the present invention includes equivalents.
10 DC-DCコンバータ
11 負荷
30,34,35,42,61,62,66,67 コンデンサ
31,32 NMOSトランジスタ
33 トランス
36,63,64,110,120,121,200,201 抵抗
37 制御ブロック
40,41,60 ダイオード
43 定電圧回路
44 発光ダイオード
50 制御IC
65 フォトトランジスタ
100,111,131 ADコンバータ
122,212,213 コンパレータ
130 負荷検出回路
140 検出回路
150 デジタル制御回路
151 駆動回路
210,211 DAコンバータ
VCC,BO,VW,FB,IS,CA,HO,LO 端子
10 DC-DC converter 11
65
Claims (9)
前記出力電圧が第1レベルより低い場合、通常モードに対応する駆動信号を出力し、前記出力電圧が前記第1レベルより高くなると、第1バーストモードに対応する前記駆動信号を出力する駆動信号出力回路と、
前記駆動信号に基づいて、前記1及び第2トランジスタをスイッチングする駆動回路と、
を備え、
前記通常モードは、
前記出力電圧に応じた帰還電圧に基づく第1周期で前記第1及び第2トランジスタが連続的にスイッチングされるモードであり、
前記第1バーストモードは、
前記第1周期で前記第1及び第2トランジスタが連続的にスイッチングされる第1期間と、前記第1及び第2トランジスタのスイッチングが停止される第2期間とが、所定周期で繰り返されるモードであり、
前記駆動信号出力回路は、
前記出力電圧が前記第1レベルより高くなるにつれて、前記所定周期のうち前記第1期間を短くする、
スイッチング制御回路。 A switching control circuit for controlling switching of the first and second transistors of a power supply circuit that generates an output voltage of a target level on a secondary side, the power supply circuit comprising: a transformer including a primary coil and a secondary coil; and first and second transistors that control a current of the primary coil, the switching control circuit comprising:
a drive signal output circuit that outputs a drive signal corresponding to a normal mode when the output voltage is lower than a first level, and outputs the drive signal corresponding to a first burst mode when the output voltage is higher than the first level;
a drive circuit that switches the first and second transistors on the basis of the drive signal;
Equipped with
The normal mode is
a mode in which the first and second transistors are continuously switched in a first period based on a feedback voltage corresponding to the output voltage;
The first burst mode includes:
a mode in which a first period during which the first and second transistors are continuously switched on and a second period during which the switching of the first and second transistors is stopped are repeated at a predetermined period,
The drive signal output circuit includes:
shortening the first period of the predetermined cycle as the output voltage becomes higher than the first level;
Switching control circuit.
前記駆動信号出力回路は、
前記出力電圧が前記第1レベルより高い第2レベルとなると、前記出力電圧の上昇に関わらず、前記第1期間を所定期間とする、
スイッチング制御回路。 2. The switching control circuit according to claim 1,
The drive signal output circuit includes:
When the output voltage becomes a second level higher than the first level, the first period is set to a predetermined period regardless of an increase in the output voltage.
Switching control circuit.
前記駆動信号出力回路は、
前記出力電圧が前記第2レベルより高い第3レベルとなると、前記第1及び第2トランジスタのスイッチングを停止させるための前記駆動信号を出力する、
スイッチング制御回路。 3. A switching control circuit according to claim 2,
The drive signal output circuit includes:
when the output voltage reaches a third level higher than the second level, outputting the drive signal for stopping switching of the first and second transistors;
Switching control circuit.
前記電源回路は、前記1次コイルに直列接続された第1コンデンサを含み、
前記スイッチング制御回路は、
前記1次コイル及び前記第1コンデンサを含む共振回路の共振電流に基づいて、前記電源回路の負荷の状態を検出する負荷検出回路を備え、
前記駆動信号出力回路は、
前記負荷で消費される電力が第1の値より小さくなると、前記第1バーストモードとは異なる第2バーストモードに対応した前記駆動信号を出力する、
スイッチング制御回路。 A switching control circuit according to any one of claims 1 to 3,
the power supply circuit includes a first capacitor connected in series to the primary coil;
The switching control circuit includes:
a load detection circuit that detects a state of a load of the power supply circuit based on a resonant current of a resonant circuit including the primary coil and the first capacitor;
The drive signal output circuit includes:
when the power consumed by the load becomes smaller than a first value, outputting the drive signal corresponding to a second burst mode different from the first burst mode.
Switching control circuit.
前記駆動信号出力回路は、
前記負荷で消費される電力が前記第1の値より小さくなり、かつ前記出力電圧が前記第1レベルより低い第4レベルより高くなると、前記第2バーストモードに対応した前記駆動信号を出力する、
スイッチング制御回路。 5. A switching control circuit according to claim 4,
The drive signal output circuit includes:
when the power consumed by the load becomes smaller than the first value and the output voltage becomes higher than a fourth level lower than the first level, outputting the drive signal corresponding to the second burst mode.
Switching control circuit.
前記第1の値は、前記負荷の定格電力の5%以下の値である、
スイッチング制御回路。 5. A switching control circuit according to claim 4,
The first value is 5% or less of the rated power of the load.
Switching control circuit.
前記トランスは、補助コイルを含み、
前記スイッチング制御回路は、前記補助コイルの電圧に応じた電圧が印加される第1端子を備える集積回路であり、
前記駆動信号出力回路は、
前記第2バーストモードに対応するとともに、前記第1端子の電圧に基づく第2周期を有する前記駆動信号を出力する、
スイッチング制御回路。 5. A switching control circuit according to claim 4,
The transformer includes an auxiliary coil,
the switching control circuit is an integrated circuit including a first terminal to which a voltage corresponding to a voltage of the auxiliary coil is applied,
The drive signal output circuit includes:
outputting the drive signal corresponding to the second burst mode and having a second period based on the voltage of the first terminal;
Switching control circuit.
前記電源回路の入力電圧が印加される第2端子を備え、
前記駆動信号出力回路は、
前記第2バーストモードに対応するとともに、前記第1端子の電圧と、前記第2端子の電圧とに基づく前記第2周期を有する前記駆動信号を出力する、
スイッチング制御回路。 8. A switching control circuit according to claim 7,
a second terminal to which an input voltage of the power supply circuit is applied;
The drive signal output circuit includes:
outputting the drive signal corresponding to the second burst mode and having the second period based on the voltage of the first terminal and the voltage of the second terminal;
Switching control circuit.
前記1次コイルの電流を制御する第1及び第2トランジスタと、
前記第1及び第2トランジスタのスイッチングを制御するスイッチング制御回路と、
を備え目的レベルの出力電圧を2次側に生成する電源回路であって、
前記スイッチング制御回路は、
前記出力電圧が第1レベルより低い場合、通常モードに対応する駆動信号を出力し、前記出力電圧が前記第1レベルより高くなると、第1バーストモードに対応する前記駆動信号を出力する駆動信号出力回路と、
前記駆動信号に基づいて、前記1及び第2トランジスタをスイッチングする駆動回路と、
を含み、
前記通常モードは、
前記出力電圧に応じた帰還電圧に基づく第1周期で前記第1及び第2トランジスタが連続的にスイッチングされるモードであり、
前記第1バーストモードは、
前記第1周期で前記第1及び第2トランジスタが連続的にスイッチングされる第1期間と、前記第1及び第2トランジスタのスイッチングが停止される第2期間とが、所定周期で繰り返されるモードであり
前記駆動信号出力回路は、
前記出力電圧が前記第1レベルより高くなるにつれて、前記所定周期のうち前記第1期間を短くする、
電源回路。 a transformer including a primary coil and a secondary coil;
first and second transistors for controlling a current in the primary coil;
a switching control circuit for controlling switching of the first and second transistors;
A power supply circuit for generating an output voltage of a target level on a secondary side, comprising:
The switching control circuit includes:
a drive signal output circuit that outputs a drive signal corresponding to a normal mode when the output voltage is lower than a first level, and outputs the drive signal corresponding to a first burst mode when the output voltage is higher than the first level;
a drive circuit that switches the first and second transistors based on the drive signal;
Including,
The normal mode is
a mode in which the first and second transistors are continuously switched in a first period based on a feedback voltage corresponding to the output voltage;
The first burst mode includes:
a mode in which a first period during which the first and second transistors are continuously switched on and a second period during which the switching of the first and second transistors is stopped are repeated at a predetermined period, and the drive signal output circuit is
shortening the first period of the predetermined cycle as the output voltage becomes higher than the first level;
Power supply circuit.
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